面向超低温余热回收的吸收式制冷系统及方法

本发明属于吸收式制冷的，尤其涉及一种面向超低温余热回收的吸收式制冷系统及方法。

背景技术：

1、工业生产中普遍存在大量温度较低的余热资源，如工业循环冷却水、燃料电池冷却水、电解槽冷却水、空压机冷却水、低温太阳能热水、热泵冷凝侧余热以及各类工艺回水等，均可能形成45～65℃范围内的超低温余热。该类余热具有来源广泛、排放连续、总量较大的特点，但由于温度品位较低，直接用于发电或常规供热时难以获得足够的经济性和工程适配性。在实际工程中，上述余热通常通过冷却水、冷却塔、干冷器或其他散热设备排散，导致低品位热能未能得到有效利用。

2、超低温余热的利用难点主要在于热源温度低、可用温差小，且热源流量和温度容易随运行工况发生波动。对于常规有机朗肯循环、热电转换或中高温供热系统而言，45～65℃热源通常难以提供足够的温差驱动力，导致系统效率和经济性受限。相比于将超低温余热直接转化为电能或高温热能，将其用于制冷循环可以降低外部电驱制冷的需求，并进一步提高能源综合利用效率。

3、吸收式制冷系统能够利用热能驱动制冷循环，电力消耗低、适合余热回收利用。传统吸收式制冷系统多采用溴化锂-水或氨-水等工质对，对驱动热源温度、系统压力和换热条件具有较高要求。在45～65℃超低温余热条件下，常规吸收式制冷循环容易出现发生能力不足、制冷剂循环量受限、制冷输出不稳定等问题。现有技术中通常通过半效循环、多级发生、复叠循环或辅助加热等方式降低吸收式制冷系统的驱动温度，但上述方式往往会增加系统部件数量和循环复杂度，并进一步提高系统成本、控制难度和工程实施难度。同时，在吸收式制冷循环中，经发生过程分离出的制冷剂蒸气通常处于较高压力状态，后续多直接进入冷凝器完成冷凝放热，其压力势能未能得到有效回收利用。若能对制冷剂蒸气的压力势能进行回收，将进一步提升系统综合能效。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种面向超低温余热回收的吸收式制冷系统及方法，实现45～65℃超低温余热向可用冷量的稳定转化，回收循环内部制冷剂蒸气的压力势能，提高低品位热能利用效率。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、一种面向超低温余热回收的吸收式制冷系统，包括：超低温热源分级发生与闪蒸分离单元、制冷剂蒸气支路及选择性压缩辅助单元、稀溶液回流单元、溶液吸收回流单元；

4、所述超低温热源分级发生与闪蒸分离单元的输入端与所述溶液吸收回流单元的浓溶液输出端连通，用于利用预热热源和超低温发生热源对浓溶液进行分级加热，使浓溶液先经低温预热后再经高温发生形成气液混合工质，并通过闪蒸气液分离形成制冷剂蒸气和稀溶液；

5、所述超低温热源分级发生与闪蒸分离单元的制冷剂蒸气出口与所述制冷剂蒸气支路及选择性压缩辅助单元连通，其稀溶液出口与所述稀溶液回流单元连通；

6、所述制冷剂蒸气支路及选择性压缩辅助单元用于接收所述制冷剂蒸气，并使制冷剂蒸气先经膨胀机回收压力势能后进入冷凝器，再经节流和蒸发后，根据冷量需求选择经压缩支路增压后进入混合器，或经旁通支路进入混合器；所述膨胀机与同轴发电机连接，所述同轴发电机与蓄电池电连接，用于将制冷剂蒸气的压力势能转化为电能，用于补偿系统的部分电能消耗；

7、所述稀溶液回流单元用于接收所述稀溶液，使稀溶液经换热和节流调节后进入所述混合器；

8、所述溶液吸收回流单元用于使进入混合器的制冷剂蒸气与稀溶液进入吸收器完成吸收过程并形成浓溶液，将浓溶液输送回所述超低温热源分级发生与闪蒸分离单元。

9、根据本发明一实施例，所述超低温热源分级发生与闪蒸分离单元包括低温预热器、发生器和闪蒸气液分离器；

10、所述低温预热器用于利用预热热源对浓溶液进行预热，所述发生器用于利用超低温发生热源对经预热后的浓溶液进行加热发生，得到气液混合工质；所述闪蒸气液分离器用于为气液混合工质提供闪蒸空间，并将气液混合工质分离为制冷剂蒸气和稀溶液。

11、根据本发明一实施例，所述制冷剂蒸气支路及选择性压缩辅助单元包括膨胀机、冷凝器、第一电子膨胀阀、蒸发器、第一三通阀、压缩机、第二三通阀、旁通支路、混合器、同轴发电机和蓄电池；

12、所述膨胀机设置在所述闪蒸气液分离器的制冷剂蒸气出口与所述冷凝器入口之间，用于在满足冷凝器稳定冷凝压力需求的条件下，对来自所述闪蒸气液分离器的高压制冷剂蒸气进行膨胀做功；

13、所述同轴发电机用于将所述膨胀机输出的轴功转化为电能，所述蓄电池用于存储所述电能并补偿压缩机部分电耗；

14、所述第一电子膨胀阀设置于冷凝器和蒸发器之间，用于对进入蒸发器的制冷剂进行节流降压；

15、所述第一三通阀设置在所述蒸发器出口，用于将蒸发器出口的制冷剂蒸气选择性导入所述压缩机所在支路或所述旁通支路；

16、所述第二三通阀用于将压缩后的制冷剂蒸气或旁通后的制冷剂蒸气导入所述混合器。

17、根据本发明一实施例，所述稀溶液回流单元包括溶液热交换器和第二电子膨胀阀；

18、所述溶液热交换器包括浓溶液侧和稀溶液侧，所述溶液热交换器的浓溶液侧连接于溶液吸收回流单元和低温预热器之间，用于使浓溶液与稀溶液进行换热；

19、所述第二电子膨胀阀设置在溶液热交换器与混合器之间，用于对进入混合器的稀溶液进行节流降压并调节稀溶液流量。

20、根据本发明一实施例，所述溶液吸收回流单元包括吸收器和溶液泵；

21、所述吸收器用于使制冷剂蒸气与稀溶液完成吸收过程并形成浓溶液，所述溶液泵用于将所述吸收器输出的浓溶液依次输送至所述溶液热交换器、低温预热器及后续分级发生过程。

22、根据本发明一实施例，系统还包括控制与监测单元；

23、所述控制与监测单元用于接收冷量需求、制冷量反馈信号以及系统参数，据此控制系统各单元的运行状态，以调节制冷剂蒸气在压缩支路和旁通支路之间的切换、制冷剂节流过程、稀溶液节流过程、溶液循环过程以及制冷剂蒸气压力势能回收过程。

24、根据本发明一实施例，所述预热热源和超低温发生热源包括工业低温循环冷却水余热、燃料电池冷却水余热、电解槽冷却水余热、空压机冷却水余热、低温太阳能热水、热泵冷凝侧低温余热或工艺回水余热中的一种或多种；

25、所述预热热源和超低温发生热源的温度范围为45～65℃。

26、一种面向超低温余热回收的吸收式制冷系统的运行方法，应用于本发明一实施例中的系统，包括以下步骤：

27、利用预热热源和超低温发生热源对浓溶液进行低温预热和加热发生，使浓溶液形成气液混合工质；

28、通过闪蒸气液分离器将所述气液混合工质分离为制冷剂蒸气和稀溶液；

29、将所述制冷剂蒸气送入膨胀机膨胀做功，并通过同轴发电机将膨胀机输出轴功转化为电能后存储于蓄电池；

30、经所述膨胀机膨胀后的制冷剂蒸气进入冷凝器冷凝，并经节流和蒸发后，根据冷量需求、制冷量反馈信号以及系统运行参数选择经压缩机增压后进入混合器，或经旁通支路进入混合器；

31、将所述稀溶液经换热和节流调节后进入所述混合器，并与制冷剂蒸气混合后进入吸收器形成浓溶液，完成吸收式制冷循环。

32、根据本发明一实施例，所述根据冷量需求、制冷量反馈信号以及系统运行参数选择经压缩机增压后进入混合器，或经旁通支路进入混合器，包括：

33、在高冷量需求工况下，控制第一三通阀将蒸发器出口的制冷剂蒸气导入压缩机所在支路，经压缩机增压后通过第二三通阀导入混合器；

34、在低冷量需求工况下，控制第一三通阀将蒸发器出口的制冷剂蒸气导入旁通支路，经旁通后通过第二三通阀导入混合器。

35、本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

36、本发明一实施例中的面向超低温余热回收的吸收式制冷系统，采用超低温热源分级发生与闪蒸分离单元对浓溶液进行分级预热和加热发生并通过闪蒸实现气液分离，同时在制冷剂蒸气支路设置膨胀机回收压力势能并配合选择性压缩辅助单元根据冷量需求灵活切换压缩或旁通支路，从而实现了45～65℃超低温余热向可用冷量的稳定高效转化，回收了循环内部制冷剂蒸气的压力势能以降低系统综合电耗，并提高了系统对超低温热源波动和冷量需求变化的适应能力。